攝影測(cè)量第八章-數(shù)字課件

1、第八章 數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量8-1 概述一、概念 基于數(shù)字影像與攝影測(cè)量原理，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字圖象處理技術(shù)、影像匹配技術(shù)、模式識(shí)別等多學(xué)科的理論與方法，提取所攝對(duì)象用數(shù)字方式表達(dá)的幾何與物理信息的攝影測(cè)量學(xué)的分支科學(xué)。或者 利用數(shù)字灰度信號(hào)（數(shù)字影像），采用數(shù)字相關(guān)技術(shù)量測(cè)同名像點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上通過解析計(jì)算進(jìn)行相對(duì)定向和絕對(duì)定向（解析原理），建立數(shù)字立體模型，從而建立數(shù)字高程模型、繪制等高線、制作DOM、以及位GIS提供基礎(chǔ)信息等。整個(gè)過程都是以數(shù)字形式在計(jì)算機(jī)中完成，因而又稱為全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量。二、過程：攝影： 準(zhǔn)備工作：根據(jù)任務(wù)和要求，確定攝影范圍，攝影距 離，攝影方式，攝影機(jī)的選擇，攝影機(jī)的焦距

2、，攝影比例尺。 攝影處理，獲得所需的影像。外業(yè)工作： 野外控制測(cè)量：對(duì)攝影測(cè)量處理中必須的野外控制點(diǎn)，首先進(jìn)行控制網(wǎng)設(shè)計(jì)，然后野外刺點(diǎn)，并用GPS方法等地面測(cè)量方法測(cè)定控制點(diǎn)的空間坐標(biāo)。 像片調(diào)繪：根據(jù)像片成像特點(diǎn)，對(duì)照實(shí)地，判明像片上的地貌、地物，和像片上未能反映出，而結(jié)果需要的資料，并標(biāo)明在像片上。（DOM疊加DLG）內(nèi)業(yè)工作： 獲取數(shù)字影像（掃描像片，數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換） 影像相關(guān)（匹配） 攝影測(cè)量處理 生產(chǎn)所需產(chǎn)品三、分類：1、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)圖： （1）概念： 利用解析測(cè)圖儀或模擬測(cè)圖儀與計(jì)算機(jī)相連的機(jī)助系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理，形成數(shù)字高程模型，數(shù)字地圖，輸入相應(yīng)的地形數(shù)據(jù)庫 （2）內(nèi)容

3、： 將攝影像片放在解析測(cè)圖儀上，進(jìn)行內(nèi)定向； 人工識(shí)別，量測(cè)像片坐標(biāo)； 攝影測(cè)量處理（相對(duì)定向，絕對(duì)定向） 得到地面點(diǎn)的空間坐標(biāo)； 地貌、地物編碼，數(shù)據(jù)編輯，建立地圖數(shù)據(jù)庫（數(shù)字地圖）； 繪制所需比例尺的地形圖（3）計(jì)算機(jī)輔助測(cè)圖系統(tǒng)的應(yīng)用功能： - 建立數(shù)據(jù)庫： 通過攝影測(cè)量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集； 通過對(duì)現(xiàn)有地圖的數(shù)字化進(jìn)行數(shù)據(jù)采集； -人機(jī)對(duì)話式數(shù)據(jù)編輯； 各種標(biāo)準(zhǔn)的圖形數(shù)據(jù)輸出； 不同圖形代碼與比例尺的圖形輸出； 把數(shù)據(jù)傳送到其他數(shù)據(jù)庫或信息系統(tǒng)； -攝影測(cè)量： 坐標(biāo)量測(cè)，空中三角測(cè)量； 數(shù)字地面模型； 近景攝影測(cè)量； 遙感影像量測(cè) 2、全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量：（1）概念： 利用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字影像或數(shù)字化

4、影像進(jìn)行處理，由計(jì)算機(jī)視覺代替人眼的立體量測(cè)與識(shí)別，完成影像幾何與物理信息的自動(dòng)提取。（2）內(nèi)容： 獲取數(shù)字影像； 影像相關(guān)； 攝影測(cè)量處理； 數(shù)字產(chǎn)品： 繪制等高線圖、透視圖、坡度圖、斷面圖、景觀圖，制作各種專題圖； 通過一定的算法提供體積、空間距離、表面積，填挖方量等工程數(shù)據(jù)，完成各種工程運(yùn)算； 進(jìn)行GIS數(shù)據(jù)采集，建立虛擬景觀。 提供人們所需的空間地理信息。4D產(chǎn)品： 數(shù)字線劃圖（DLG）（數(shù)字地圖）： 數(shù)字線劃圖是地形圖上基礎(chǔ)要素的矢量數(shù)據(jù)集，建立了各種要素間的空間關(guān)系和相關(guān)的屬性信息?？扇婷枋龅乇硇畔ⅲS機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)選取和顯示，進(jìn)行空間分析決策。 數(shù)字高程模型(DEM):在高斯投影平

5、面上規(guī)則格網(wǎng)點(diǎn)的平面坐標(biāo)（x，y）及其高程（z）的數(shù)據(jù)集 數(shù)字正射影像（DOM）： 根據(jù)像片的內(nèi)、外方位元素和地面高程模型，對(duì)數(shù)字影像進(jìn)行微分糾正得到其正射影像，再做影像使嵌，圖廓裁切生成影像層數(shù)據(jù)與圖廓公里格網(wǎng)及其地名注記數(shù)據(jù)復(fù)合而成。既具有地圖幾何精度又有影像特征。具有精度高、信息豐富、可視性強(qiáng)、直觀真實(shí)。 數(shù)字柵格圖（DRG）DLGDOMDEM（TIN）DEM暄染圖電子沙盤四、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的應(yīng)用1、在國家基礎(chǔ)測(cè)繪和建立空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施（NSDI）中的應(yīng)用美國1993年提出：信息高速公路，即建立 國家信息基礎(chǔ)設(shè)施（National Information Infrastructure-NI

6、I），由計(jì)算機(jī)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)終端組成。美國1994年提出：國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施（National Spstial Data Infrastructure-NSDI）,在信息高速公路上表達(dá)地理參考，即與地理和地球有關(guān)的空間信息，能在因特網(wǎng)上準(zhǔn)確表達(dá)、描述、和查詢。包括：空間數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)、管理、分發(fā)的體系和機(jī)構(gòu)，空間數(shù)據(jù)交換網(wǎng)，空間數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)字地球空間數(shù)據(jù)框架。數(shù)字地球空間數(shù)據(jù)框架是NSDI的核心，也是投資最大的項(xiàng)目，包含了最基本的空間數(shù)據(jù)集?？蚣艿膬?nèi)容包括：DEM、DOM、DLG（道路、水系、境界、大地控制點(diǎn)、地名數(shù)據(jù)庫等）、DRG，也稱4D產(chǎn)品，是數(shù)字地球、數(shù)字城市、數(shù)字工程的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

7、。不僅可以為研究和觀察地球，進(jìn)行地理分析提供基本和公用數(shù)據(jù)集，也可以為用戶提供地理坐標(biāo)參考。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量是數(shù)字地球空間數(shù)據(jù)框架數(shù)據(jù)采集和更新的直接、快速、有效的手段。1：1萬地形圖（1m分辨率）是重要資源，傳統(tǒng)生產(chǎn)需1020年，再數(shù)字化，時(shí)間更長(zhǎng)。3S技術(shù)及集成為這一作業(yè)模式提供了技術(shù)保證:RS提供必要的數(shù)據(jù)源，DPS是快速生產(chǎn)4D和更新空間數(shù)據(jù)的手段，GIS提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理和分析應(yīng)用的技術(shù)手段，GPS提高數(shù)據(jù)采集進(jìn)程。2城市大比例尺測(cè)圖。3與CAD集成（攝影測(cè)量與GPS、公路CAD集成，可使地面數(shù)據(jù)采集、資料獲取、數(shù)據(jù)處理、公路設(shè)計(jì)與優(yōu)化、成果輸出，達(dá)到勘測(cè)設(shè)計(jì)信息共享，協(xié)同作業(yè)的一體化）

8、。4虛擬現(xiàn)實(shí)：建筑設(shè)計(jì)，城市規(guī)劃、管理，工程設(shè)計(jì)。5變化監(jiān)測(cè)、地圖修測(cè)6.在線路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用（航空攝影測(cè)量獲得的地形圖、斷面圖和數(shù)字高程模型是線路設(shè)計(jì)的主要資料，高分辨率的航空或遙感圖象可直接或間接地提供大量的各種地物屬性信息，提高地質(zhì)現(xiàn)象和水文要素的解譯精度和可靠性，使道路選線工作更趨自動(dòng)化。）五、發(fā)展趨勢(shì)：1航空航天遙感數(shù)據(jù)獲取趨向高分辨率（高空間分辨率，高光譜分辨率，高時(shí)相分辨率）2航空航天遙感對(duì)地定位不依賴于地面控制。借助于GPS及INS，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)攝影成像和無地面控制的高精度定位，航測(cè)精度：分米，遙感精度：5-10米，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)圖和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫更新。3航空航天遙感計(jì)算機(jī)處理更趨向自動(dòng)化和

9、智能化4利用多時(shí)相影像數(shù)據(jù)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)地表覆蓋的變化趨向?qū)崟r(shí)化：實(shí)現(xiàn)三維變化檢測(cè)和自動(dòng)更新。5在數(shù)字中國、數(shù)字城市、數(shù)字工程中發(fā)揮愈來愈大的作用。待研究的問題：1、攝影測(cè)量在影像匹配、自動(dòng)定向算法、特征提取、影像分割與分類、影像分析與理解、目標(biāo)重建、自動(dòng)化空三取得了進(jìn)展，但距離實(shí)用化還有很大距離，從攝影測(cè)量的作業(yè)過程而言，地貌的測(cè)繪、人工地物的自動(dòng)化提取還有很多問題沒有解決。2、全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量及遙感與GPS和GIS的集成是攝影測(cè)量發(fā)展的必經(jīng)之路，影像將是空間信息的主要載體，攝影測(cè)量與遙感技術(shù)將進(jìn)入普及和商業(yè)化階段。3、機(jī)載GPS/INS、激光掃描儀和CCD成像技術(shù)的集成將實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)圖。4、高空間分

10、辨率將用于解決平面問題，干涉雷達(dá)將用于解決高程問題；高光譜技術(shù)將用于解決自動(dòng)分類問題。5、數(shù)據(jù)融合，數(shù)據(jù)挖掘，信息融合，系統(tǒng)集成，影像、圖形、DEM三庫一體化，可視化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將成為關(guān)鍵技術(shù)熱點(diǎn)。8-2 數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng) （Digital Photogrammetry System DPS）一、全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量利用數(shù)字化設(shè)備對(duì)像片進(jìn)行采樣、量化，得到二維數(shù)字矩陣，或直接攝取數(shù)字影像；在計(jì)算機(jī)上，對(duì)相鄰像對(duì)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，搜索同名點(diǎn)，并量測(cè)；通過相對(duì)定向、絕對(duì)定向，構(gòu)建數(shù)字形式的立體模型，計(jì)算模型點(diǎn)的坐標(biāo) ；建立DEM ，在DEM上自動(dòng)測(cè)繪等高線 、制作正射影像，為GIS提供基礎(chǔ)信息等。完成全數(shù)字

11、攝影測(cè)量的設(shè)備，稱為自動(dòng)化測(cè)圖系統(tǒng)，或數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)（DPS），或數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站（DPW）。二、 DPS的組成1、影像數(shù)字化裝置(高分辨率影像掃描儀）；2、計(jì)算機(jī)（具有高處理速度，配備大容量?jī)?nèi)存與硬盤，和海量外存儲(chǔ)器，24彩色位面圖象處理板）；3、計(jì)算機(jī)立體觀測(cè)設(shè)備，如：立體眼鏡、手輪、腳盤、三維鼠標(biāo)）4、大幅面高分辨率輸出設(shè)備（矢量繪圖儀；柵格繪圖儀。）5、完成各種攝影測(cè)量任務(wù)的軟件及運(yùn)行平臺(tái)：操作系統(tǒng)軟件，如：Windows，UNIX；數(shù)字圖象處理軟件，如：ERDAS系統(tǒng)。影像旋轉(zhuǎn)、濾波、增強(qiáng)、特征提取等。模式識(shí)別軟件：特征識(shí)別與定位、影像匹配、目標(biāo)識(shí)別；攝影測(cè)量軟件： 定向參數(shù)的計(jì)

12、算（內(nèi)定向、相對(duì)定向、絕對(duì)定向）； 空中三角測(cè)量（光束法空三，利用相關(guān)算法進(jìn)行連接點(diǎn)的自動(dòng)量測(cè)與轉(zhuǎn)點(diǎn)，粗差探測(cè)剔除相關(guān)錯(cuò)點(diǎn)）； 形成核線影像（利用相對(duì)定向元素，按同名核線將影像重新排列）； 坐標(biāo)計(jì)算與變換； 數(shù)值內(nèi)插； 數(shù)字微分糾正（制作正射影像）； 投影變換（制作透視圖和景觀圖）； 建立數(shù)字高程模型，制作透視圖和景觀圖；輔助功能軟件：數(shù)據(jù)輸入輸出，格式轉(zhuǎn)換；地圖的編輯與注記；圖廓整飾；質(zhì)量報(bào)告；人機(jī)交互。DPW的工作流程圖三、DPS的功能1、影像數(shù)字化（利用掃描儀，將像片轉(zhuǎn)化為數(shù)字影像）；2、影像處理（讓影像的亮度、反差、色彩合適，方位正確)3、量測(cè)：?jiǎn)蜗瘢禾卣魈崛∨c定位（自動(dòng)與交互） 雙像

13、及多像：影像匹配，立體量測(cè)4、定向：內(nèi)定向（計(jì)算掃描坐標(biāo)系與像平面坐標(biāo)系的參數(shù)) 相對(duì)定向（提取特征點(diǎn)，通過影像匹配尋找同名 點(diǎn)，計(jì)算定向參數(shù) ） 絕對(duì)定向（匹配尋找同名控制點(diǎn) ，計(jì)算參數(shù)）5、自動(dòng)空三：（自動(dòng)定向、自動(dòng)選點(diǎn)、轉(zhuǎn)點(diǎn)、模型連接、構(gòu)建航帶網(wǎng)、區(qū)域網(wǎng)平差、粗差剔除等。） 6、構(gòu)成核線影像（由灰度影像沿核線方向構(gòu)成核線影像對(duì)，便于立體觀測(cè)，和一維匹配）7、影像匹配，建立DEM，并編輯，建立格網(wǎng)DEM 或直接構(gòu)建TIN。8、基于DEM： 自動(dòng)繪制等高線； 和數(shù)字微分糾正原理，制作正射影像，并鑲嵌與修補(bǔ) 和透視變換原理制作透視圖； 和正射影像制作三維景觀圖10、數(shù)字測(cè)圖四、DPS的產(chǎn)品影像

14、參數(shù)（空三加密成果、影像定向結(jié)果）；DEM；數(shù)字地圖；數(shù)字正射影像；透視圖、景觀圖；可視化立體模型；各種工程設(shè)計(jì)所需的三維信息；各種信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫所需的空間信息。五、數(shù)字化測(cè)圖：攝影測(cè)量數(shù)字化測(cè)圖經(jīng)歷了： 機(jī)助數(shù)字化成圖 解析數(shù)字化成圖 全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量成圖。全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量數(shù)字化成圖系統(tǒng)：（90年代） 特點(diǎn)： 自動(dòng)化程度較高，相對(duì)定向、絕對(duì)定向、影像匹配、建立DEM生成等高線、制作正射影像圖均可自動(dòng)完成。 應(yīng)用面廣，工作效率高（影像匹配500點(diǎn)/秒，山地等高線測(cè)繪比解析測(cè)圖儀快幾十倍）。集多種功能于一體，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。 系統(tǒng)具有豐富靈活的數(shù)據(jù)輸入、輸出格式。（TIFF、BMP、SGI、TGA

15、、JPEG、BSF等） 系統(tǒng)在確定物體的幾何屬性上自動(dòng)化程度高，在確定物理屬性（地物的測(cè)繪）上，以及復(fù)雜地形上，需人工干預(yù)完成。儀器：美DIWS、DSPW系統(tǒng)德PHODIS系統(tǒng)，KERN的DSP-1系統(tǒng) （20萬美元）微機(jī)版：（1.5萬美元）DMS、DVP、VirtuoZo NT 、JX-4。六、國際上具代表性的全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)1、Leica公司的Helava掃描儀DSW300（量測(cè)分辨率為1um，掃描速度35mm/s，像元尺寸8-75um），工作站DPW770；（全色SPOT，Landsat）2、Intergraph公司的掃描儀AS1與工作站Intergraphstation；（SPOT）

16、3、Zeiss的掃描儀SCA1（分辨率1um，像元大小7.5-120um,掃描速度1兆像素/秒），工作站PHODIS；4、Vision International公司的工作站Microsoft；5、武測(cè)的VirtuoZo；（SPOT,近景影像）6、Vaxel的掃描儀Vaxe400；其它攝影測(cè)量設(shè)備：1、IGI公司（德）：GPS、IMU（慣性導(dǎo)航測(cè)量單元）組成航空攝影控制系統(tǒng)CCNS。安裝在飛機(jī)上能以0.1m平面，0.2m高程，0.0050的精度測(cè)定外方位元素。2、APPLANIX公司（加）：POS/AV航空攝影定位與定向系統(tǒng)。把GPS和IMU集成起來，用于機(jī)載航空相機(jī)、激光儀、掃描儀和雷達(dá)的數(shù)

17、據(jù)獲取時(shí)的外方位元素測(cè)定。X，Y，Z精度5-10 cm，角度精度0.0050-0.0080。3、Aerodata Int.Surveys公司（比利時(shí)）： 將激光掃描儀、航空相機(jī)、像片掃描儀集成起來，完成航測(cè)。地面1m格網(wǎng)的高程精度0。2m。4、OSAKA公司（日）： 推出SE-11X新型相機(jī)，特點(diǎn)：陶瓷材料真空板壓平；8個(gè)框標(biāo)；專門電路抗噪；與GPS兼容；數(shù)據(jù)記錄上下個(gè)51位。可用于地面攝影和航空攝影。5、WEHRLI公司（美）：推出高精度像片掃描儀，特點(diǎn)：精度4 um；灰階4096（12bit)；光照穩(wěn)定；WINDOWS NT環(huán)境；基本分辨率10 um(2540dpi), 通過內(nèi)插可有15、

18、25、30um分辨率。 七、DPS的分類根據(jù)系統(tǒng)的功能、自動(dòng)化程度、價(jià)格，分類：1、自動(dòng)化程度較強(qiáng)的多用途數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站： Automatics , LH system ,Z/I Imaging, Erdas,Supresoft等公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。2、較少自動(dòng)化的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站： DVP Geomatics,ISM,3D Mapper,Espa Systems等公司提供的產(chǎn)品。3、遙感系統(tǒng)：ER Mapper, Matra,PCI Geomatics等公司提供的產(chǎn)品。主要用于生產(chǎn)正射影像，沒有立體觀測(cè)能力。4、用于自動(dòng)矢量數(shù)據(jù)獲取的專用系統(tǒng)：ETH,Inpho等提供的產(chǎn)品。八、 Virt

19、uoZo全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng) 武漢大學(xué)研制，基于Windows 95/NT的全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站。 具有：自動(dòng)化程度高，處理效率高，可接合性強(qiáng)，應(yīng)用面廣，成本低的特點(diǎn)，可用于1：5萬，1：1萬，1：1千，1：500等各種比例尺的數(shù)字測(cè)圖，以及進(jìn)行GIS數(shù)據(jù)采集等；不僅可以處理航空像片，還能處理衛(wèi)星遙感影像，和普通相機(jī)所攝像片，該系統(tǒng)已被開發(fā)成商品，并推向了國際市場(chǎng)。1、基于Windows 95/NT的全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)。2、特點(diǎn)：（1）高度自動(dòng)化-影像的內(nèi)定向、相對(duì)定向、相對(duì)糾正、影像匹配、建立DEM、制作正射影像圖完全不需人工操作；可在屏幕上顯示立體像對(duì)、景觀圖、透視圖；對(duì)多個(gè)影像模型自動(dòng)進(jìn)行

20、DEM拼接；可對(duì)正射影像、等高線以及套合等高線的正射影像進(jìn)行無縫鑲嵌。(2）高效率-影像的相對(duì)定向僅需1-2分鐘，影像匹配達(dá)500點(diǎn)/秒；(3）可接合性-具有交互處理與自動(dòng)化 兩種作業(yè)方式，且是分開的；(4）應(yīng)用面廣-能用于1：5萬，1：1萬，1：1千，1：500等各種比例尺的數(shù)字測(cè)圖與GIS數(shù)據(jù)采集。3、功能：自動(dòng)空三;測(cè)繪各種比例尺的DLG、DEM、DOM、DRG;可處理航空影象、SPOT和IKONOS立體影象、近景影象;4、立體觀察有兩種部件：反光立體鏡，液晶立體鏡。 5、操作過程： （1）資料準(zhǔn)備： 1、攝影資料（攝影底片，飛行參數(shù)，攝影機(jī) 鑒定參數(shù)，等）； 2、內(nèi)外業(yè)資料（項(xiàng)目任務(wù)書

21、、技術(shù)設(shè)計(jì)書、控 制點(diǎn)數(shù)據(jù)，等）； （2）影像掃描： 1、掃描分辨率的確定：R=R0 *（M / m） R0-像元尺寸；M-成圖比例尺分母; m-攝影比例尺分母。 2、掃描參數(shù)設(shè)置與調(diào)整：分辨率、反差、亮度、 灰度值范圍，等； 3、掃描范圍的確定（影像完整的基礎(chǔ)上，盡可能小）； 4、掃描影像預(yù)處理（保持各像片目視效果一致）； 5、影像文件的命名與存儲(chǔ)。 （3）參數(shù)文件的準(zhǔn)備： 1、項(xiàng)目參數(shù)文件； 2、控制點(diǎn)參數(shù)文件； 3、攝影機(jī)參數(shù)文件。（4）定向： 內(nèi)定向、相對(duì)定向、絕對(duì)定向（5）核線重采樣（6）影像匹配（7）編輯（8）生成DEM及其它產(chǎn)品九、 JX-4數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng) 中國測(cè)繪科學(xué)研究院研

22、制，基于微機(jī)的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站，是一套半自動(dòng)化的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)。 具有：實(shí)用性強(qiáng)，人機(jī)交互功能好，生產(chǎn)精度高，產(chǎn)品質(zhì)量控制工藝強(qiáng)的特點(diǎn)?？缮a(chǎn)高密度的DEM，生產(chǎn)正射影像，采集GIS和數(shù)字地圖數(shù)據(jù)等。8-3 數(shù)字高程模型（DEM）一、概念 1.數(shù)字地面模型（Digital Terrain ModelDTM）： 描述地球表面形態(tài)多種信息空間分布的有序數(shù)值陣列。 定義：某一區(qū)域上m維向量的有限序列： Vi,i=1,2,.n 常用一系列地面點(diǎn)的平面坐標(biāo)X、Y以及該地面點(diǎn)的高程Z或?qū)傩越M成的數(shù)據(jù)陣列。 向量分量Vi,可以是地形信息，資源信息，環(huán)境信息，土地利用信息，社會(huì)經(jīng)濟(jì)信息，等的定量或定性描述

23、。 DTM是地理信息數(shù)據(jù)庫的基本內(nèi)核，DTM 的地形分量即DEM。2.數(shù)字高程模型（Digital Elevation ModelDEM）： DEM是表示區(qū)域上地形的三維向量的有限序列： Vi=(Xi,Yi,Zi),i=1,2,.n DEM正成為一種具有獨(dú)立標(biāo)準(zhǔn)和內(nèi)涵的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)產(chǎn)品.從DEM可以派生出一系列產(chǎn)品： 平面等高線圖、 立體等高線圖、 坡度圖、坡向圖、 暈渲圖、通視圖、 縱斷面圖、橫斷面圖、 三維立體透視圖、 三維立體彩色圖和景觀圖等。二、DEM的表示形式1、規(guī)則格網(wǎng)dem（GRID） Vi=(Xi,Yi,Zi),i=1,2,.n 各向量的平面點(diǎn)位是規(guī)則格網(wǎng)排列，則只需記錄高程向量。

24、 點(diǎn)的平面坐標(biāo)X、Y可由起始原點(diǎn)推算而無需記錄，這樣的地表形態(tài)只用點(diǎn)的高程Z表達(dá)。PijDXDYX0Y0優(yōu)點(diǎn)：存儲(chǔ)量?。ㄟ€可壓縮存儲(chǔ)），便于使用和管理，是目前使用最廣泛的一種形式。缺點(diǎn)：有時(shí)不能準(zhǔn)確的表示地形的結(jié)構(gòu)和細(xì)部，導(dǎo)致基于規(guī)則格網(wǎng)DEM描繪的等高線不能準(zhǔn)確的表示地貌。（沒有考慮地形特征點(diǎn)、地性線等因素） 2、不規(guī)則三角網(wǎng)DEM（TIN） 將地形特征采集點(diǎn)按一定規(guī)則連接成覆蓋整個(gè)區(qū)域且互不重疊的三角形，構(gòu)成一個(gè)由不規(guī)則三角網(wǎng)表示的DEM。 TIN必須同時(shí)存放地形點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程（ ） 優(yōu)點(diǎn)：存儲(chǔ)量大，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用和管理也較為復(fù)雜。缺點(diǎn)：能較準(zhǔn)確的表示地形的結(jié)構(gòu)和細(xì)部，基于TIN描

25、繪的等高線能較準(zhǔn)確的表示地貌。（考慮地形特征點(diǎn)、地性線等因素） 3、GRID-TIN混合形式DEM： 一般地區(qū)使用GRID（根據(jù)地形不同格網(wǎng)的密度也可不同），沿地形特征則采用TIN。PijDXDYX0Y0三、數(shù)據(jù)采集獲取方式DEM精度速度成本更新程度 應(yīng)用范圍1.地面測(cè)量高（cm） 耗時(shí)很高很困難小范圍區(qū)域，特殊 工程項(xiàng)目2.地形圖手扶 跟蹤數(shù)字化較低 較耗時(shí)低周期性 國家范圍內(nèi)及軍事3.地形圖掃描 數(shù)據(jù)采集，中小比例尺 數(shù)字化較低 快較低 地形圖的數(shù)據(jù)獲取4.攝影測(cè)量*較高（cmm） 較快較高周期性大的工程項(xiàng)目，國 家范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)收集5.立體遙感低 很快低很容易國家范圍，及全球 范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)

26、收集6.GPS 較高（cmm） 很快較高容易小范圍，特殊項(xiàng)目7.激光掃描, 干涉雷達(dá)高（cm） 快高容易高分辨率、各種范圍 數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量是空間數(shù)據(jù)采集最有效的手段，效率高、勞動(dòng)強(qiáng)度低。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的DEM采集方式：1、沿等高線采樣： 等時(shí)間或等間隔記錄數(shù)據(jù)流，適于地形復(fù)雜和陡峭地區(qū)。2、規(guī)則格網(wǎng)采樣： 利用解析測(cè)圖儀在立體模型中按規(guī)則矩形格網(wǎng)進(jìn)行采樣，直接構(gòu)成格網(wǎng)DEM。不能較好表示地形特征。3、沿?cái)嗝鎾呙瑁?利用解析測(cè)圖儀或附有自動(dòng)記錄裝置的立體測(cè)圖儀，對(duì)立體模型進(jìn)行斷面掃描，按等距離或等時(shí)間方式記錄斷面上點(diǎn)的坐標(biāo)。 精度較差，常用于正射影像的生產(chǎn)。4、漸進(jìn)采樣：（使采樣點(diǎn)分布合理） 先作稀

27、疏間隔采樣，再分析是否需要對(duì)格網(wǎng)加密。5、選擇采樣： 根據(jù)地形特征采樣，如：山脊線、山谷線、斷裂線、山頂?shù)取Ｄ茌^真實(shí)反映地形。6、混合采樣： 考慮采樣的效率和合理性，將規(guī)則采樣與選擇采樣結(jié)合起來。7、自動(dòng)化采集： 在數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站上進(jìn)行（影像匹配）。四、DEM數(shù)據(jù)預(yù)處理DEM數(shù)據(jù)預(yù)處理是DEM內(nèi)插前的準(zhǔn)備工作，包括： 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換 坐標(biāo)系統(tǒng)變換 數(shù)據(jù)編輯 柵格數(shù)據(jù)矢量化 數(shù)據(jù)分塊數(shù)據(jù)預(yù)處理是DEM建立的一部分，DEM軟件具備的功能。五、數(shù)據(jù)處理 1、DEM的表面建模：DEM是用一個(gè)或多個(gè)數(shù)學(xué)函數(shù) （Z=f（X，Y）來表達(dá)地形表面。常用多項(xiàng)式函數(shù)：Z=a0 + a1X + a2Y + a3X

28、Y + a4X2 + a5Y2 + a6X3 + a7Y3 + a8X2Y + a9XY2 + （1）建模方法1、基于三角形的表面建模： Z=a0 + a1X + a2Y 不規(guī)則三角網(wǎng)（TINTriangulated Irregular Network）：通過從不規(guī)則分布的數(shù)據(jù)點(diǎn)生成的連續(xù)三角面來逼近地形表面。TIN能較好地顧及地貌特征，能較精確表示復(fù)雜地形表面，但數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用與管理也較復(fù)雜。建模要求： TIN是唯一的； 力求最佳的三角形幾何形狀（等邊）； 保證最鄰近的點(diǎn)構(gòu)成三角形（邊長(zhǎng)之和最?。?、基于格網(wǎng)的表面建模： Z=a0 + a1X + a2Y + a3XY 根據(jù)規(guī)則

29、格網(wǎng)(Grid)采樣獲取正方形格網(wǎng)數(shù)據(jù)。 格網(wǎng)數(shù)據(jù)，直接建模 非格網(wǎng)數(shù)據(jù)，從隨機(jī)到格網(wǎng)的內(nèi)插。 該方法存儲(chǔ)量小，便于使用與管理，但對(duì)地形復(fù)雜區(qū)的結(jié)構(gòu)與細(xì)部不能準(zhǔn)確表示。常附加一定的地形特征數(shù)據(jù)。3、混合建模： 一般地區(qū)使用矩形格網(wǎng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，沿地形特征附加三角網(wǎng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。綜上，DEM的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： 方形格網(wǎng)結(jié)構(gòu)； 不規(guī)則三角網(wǎng)結(jié)構(gòu)； Grid 和TIN混合結(jié)構(gòu)（2）DEM內(nèi)插： 根據(jù)若干相鄰參考點(diǎn)的高程求出待定點(diǎn)上的高程值。特點(diǎn)：1、整個(gè)地球表面的起伏形態(tài)不可能用一個(gè)簡(jiǎn)單的低次多項(xiàng)式擬合，高次多項(xiàng)式的解不穩(wěn)定，易產(chǎn)生不合實(shí)際的震蕩；2、地形表面既有連續(xù)光滑的特性，又有因自然或人為因素產(chǎn)生的不連續(xù)；

30、3、由于計(jì)算機(jī)內(nèi)存有限，不可能同時(shí)對(duì)很大范圍進(jìn)行內(nèi)插DEM。DEM內(nèi)插方法：1.整體內(nèi)插：高次多項(xiàng)式2.分塊內(nèi)插： a.線性內(nèi)插： Z=a0 + a1X + a2Y 用最靠近的三個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，確定一個(gè)平面，求出ai參數(shù)，進(jìn)而求出新點(diǎn)的高程。 b.雙線性內(nèi)插: Z=a0 + a1X + a2Y + a3XY 用臨近的四個(gè)點(diǎn)，確定ai參數(shù)。c.樣條函數(shù)內(nèi)插: Z=a1x3y3+a2x2y3+a3xy3+a4y3+a5x3y2+a6x2y2+a7xy2 +a8y2+a9x3y+a10 x2y+a11xy+a12y+a13x3+a14x2+a15x+a16 用三次樣條函數(shù)，描述格網(wǎng)內(nèi)的地面高程。d.多面函

31、數(shù)法: Z=K1Q(XYX1Y1)+ K2Q(XYX2Y2)+.+ KnQ(XYXnYn) 在每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)上建立一個(gè)曲面，將這些曲面按一定比例疊加起來，疊加后的曲面嚴(yán)格通過各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。Q是核函數(shù)。3.逐點(diǎn)內(nèi)插： 移動(dòng)擬合法: 以待求點(diǎn)為中心，R為半徑，定義局部函數(shù)去擬合周圍的數(shù)據(jù)點(diǎn)，以求出待定點(diǎn)的高程。 要求： d 6) PRXYXOY列誤差方程：可取 （據(jù)待定點(diǎn)越近，其高程對(duì)待定點(diǎn)的影響越大） 解： 則P點(diǎn)的高程為：Hannover大學(xué)研制的TASH程序（3）DEM的模型精度與質(zhì)量控制應(yīng)用數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)生成DEM主要集中在2個(gè)方面： 中小比例尺DEM的生成； 為制作各種比例尺數(shù)字正射影像圖生

32、成所需的DEM數(shù)據(jù)。它們對(duì)DEM精度的要求相對(duì)較低。生成大比例尺DEM則需考慮DEM的精度。DEM表面上點(diǎn)的誤差是數(shù)字地面建模過程中所傳播的各種誤差的綜合影響.影響DEM模型精度的因素： 地形表面的特征（坡度） 原始數(shù)據(jù)的采集誤差（精度，密度，分布，方式） 建立DEM表面模型的方法DEM的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)： 1）DEM格網(wǎng)間距（DEM的分辨率，它表征DEM描述地面高程信息的細(xì)致程度）； 2）DEM格網(wǎng)點(diǎn)高程中誤差（DEM的幾何精度）； 3）DEM的形態(tài)及完整性（反映DEM的總體質(zhì)量，要求建立的DEM能準(zhǔn)確、全面地描述地面的真實(shí)狀況并覆蓋整個(gè)感興趣的范圍，不存在漏洞。）。DEM質(zhì)量控制： 質(zhì)量控制貫穿干

33、應(yīng)用數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)生成DEM的全過程。包括： 初始資料質(zhì)量（航攝影像的質(zhì)量、影像掃描的質(zhì)量、野外控制測(cè)量質(zhì)量及空中三角測(cè)量的質(zhì)量）； 模型定向質(zhì)量（內(nèi)定向、相對(duì)定向和絕對(duì)定向的質(zhì)量或直接利用空中三角測(cè)量結(jié)果恢復(fù)模型的質(zhì)量）。 生成DEM的質(zhì)量（取決干DEM參數(shù)的設(shè)定。格網(wǎng)間距、內(nèi)插方法）。一般：1.解析測(cè)圖儀手工量測(cè)的數(shù)據(jù)建立的DEM 精度最高，全自動(dòng)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量獲取的數(shù)據(jù)建立的DEM精度最低；2.采樣間距增加,DEM精度降低，變化呈線性關(guān)系3.原始數(shù)據(jù)中包含特征點(diǎn)，能顯著提高DEM精度4.從原始數(shù)據(jù)直接建立TIN網(wǎng)絡(luò)，比通過隨機(jī)到格網(wǎng)內(nèi)插再形成格網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的間接建模方式能獲得更高精度DEM5.

34、隨著地形起伏加劇，DEM精度將相應(yīng)降低。6.在茂密的樹林區(qū)域，或陰影區(qū)域過大，DEM數(shù)據(jù)的精度較低。7.在裸露、半裸露或僅有地面草本植物覆蓋區(qū)域，或范圍小和較稀疏不形成茂林區(qū)域，可以通過專門程序?qū)EM數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到較高精度的DEM。六、DEM的分析與應(yīng)用DEM的應(yīng)用包括兩類：一是直接應(yīng)用，將DEM本身作為測(cè)圖自動(dòng)化的重要組成部分和地理信息數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)；二是間接應(yīng)用，將DEM經(jīng)過變換，產(chǎn)生滿足應(yīng)用需要的派生產(chǎn)品。 地形分析,用于表達(dá)實(shí)際地形的各種特征. 土木工程中，如：挖填方計(jì)算，線路勘測(cè)設(shè)計(jì)，水利建設(shè)工程，立體透視圖等； GIS 中，如：三維可視化，分析，建庫，等； 其他，如：制作正射影

35、像圖，作為背景疊加各種專題信息，及在林業(yè)、地質(zhì)、地形學(xué)，環(huán)境研究等。5)等高線:由DEM生成等高線的步驟:1.利用DEM的高程點(diǎn)的高程內(nèi)插出等高線點(diǎn)，并按順序排列; a、按每條等高線走向順序插點(diǎn)： 確定等高線的高程； 搜索等高線的起始點(diǎn)； 內(nèi)插等高線，至終點(diǎn)。 b、整體解求等高線上的點(diǎn)，分別排列存儲(chǔ)： 按DEM的格網(wǎng)邊的順序內(nèi)插出全部等高線穿過格網(wǎng)邊的交點(diǎn)坐標(biāo)X，Y，再按等高線的順序?qū)儆谕坏雀呔€的點(diǎn)找出來，按等高線的走向順序排列，并存儲(chǔ)。 2。利用順序排列的等高線點(diǎn)的平面坐標(biāo)進(jìn)一步加密等高線點(diǎn)，繪制成光滑曲線。加密的條件： 曲線應(yīng)通過已知的等高線點(diǎn)； 曲線在節(jié)點(diǎn)處光滑（一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)）； 相

36、鄰兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的曲線沒有多余擺動(dòng)； 同一等高線自身不相交。在自動(dòng)繪圖桌上自動(dòng)繪出等高線。七、DEM軟件：德國Stuttgart大學(xué)研制的SCOP程序；Munich大學(xué)研制的HIFI程序；Hannover大學(xué)研制的TASH程序；奧地利Vienna工業(yè)大學(xué)研制的SORA程序；瑞士Zurich工業(yè)大學(xué)研制的CIP程序；武測(cè)研制GeoTIN程序。數(shù)字高程模型軟件GeoTIN：特點(diǎn)：武測(cè)研制不規(guī)則三角網(wǎng)數(shù)字高程模型軟件針對(duì)大比例尺地形數(shù)據(jù)，可以利用各種隨機(jī)分布的地形單點(diǎn)和特征線數(shù)據(jù)，快速、高效地建立不規(guī)則三角形網(wǎng)絡(luò)（TIN）模型。最低配置：主頻13.3MB，硬盤1.0GB，內(nèi)存2MB，操作系統(tǒng)Windows NT/95,操作環(huán)境VC4.0/5.0。數(shù)據(jù)流程：數(shù)據(jù)輸入：輸入作為數(shù)據(jù)點(diǎn)的已知數(shù)據(jù)。來源：攝影測(cè)量、地形測(cè)量、地形圖數(shù)字化/掃描。數(shù)據(jù)處理： 對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，自動(dòng)構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)。 用戶可瀏覽，編輯TIN； 可顯示三維透視DEM； 可內(nèi)插不同間距的規(guī)則格網(wǎng)DEM； 進(jìn)行多個(gè)相鄰DEM的接邊處理，并自動(dòng)進(jìn)行接邊精度估計(jì)。成果輸出： 以文件形式輸出單幅DEM或接邊后的多幅DEM ，輸出不同等高距的等高線數(shù)據(jù)； 可將屏幕上顯示的數(shù)據(jù)點(diǎn)分布、三角網(wǎng)、等高線等圖形打印輸出； 可計(jì)算每個(gè)三角形的坡度和